In dem Experiment „Lauflicht mit dem Zähler CD4018BE“ kommen drei integrierte Schaltungen zum Einsatz:
der vierfach Gatter-Baustein CD4011BE und zwei Zähler CD4018BE. Diese Dreier-Kombination steuert neun Leuchtdioden,
die nacheinander aufleuchten. Die dazu notwendigen Zählimpulse (Taktsignal) werden wahlweise manuell bzw. automatisch
generiert. Mit dem Taster S1 werden die Leuchtdioden per Hand nacheinander zum Leuchten gebracht. Die Umschaltung mit dem
Schalter S2 führt dazu, dass die Zähler von einem Impulsgeber mit den Zählimpulsen
versorgt werden.
CD4018BE.
Der Zähler CD4018BE besteht aus fünf Johnson-Zählern und verfügt über fünf Ausgänge. Für die
Ansteuerung des Bausteins stehen insgesamt neun Eingänge zur Verfügung. Neben den Eingängen Clock, Reset, Data,
Preset/Enable gibt es noch fünf JAM-Eingänge. Mit JAM-Eingängen kann der Zähler mithilfe des Preset/Enable-Eingangs
voreingestellt werden. Der Zähler kann als Frequenzteiler verwendet werden. Hierzu werden die einzelnen Ausgänge mit
dem Data-Eingang verbunden. Der Zähler zählt bei positiver Flanke an dem Clock-Eingang. Mit Reset wird der aktuelle
Zählerstand des Zählers gelöscht.
Pinbelegung
Signalgeber (PWM)
Das automatische Taktsignal, das dem Eingang Clock (Pins 14) des Zählers zugeführt wird, stammt von einem fertigen Modul.
Dieser Signalgenerator liefert PWM-Signale, die im Bereich von 1 bis 150 kHz einstellbar sind. Die Tatsache, dass es sich
dabei um PWM-Signale handelt, ist für unsere Schaltung irrelevant.
CD4011BE.
Pinbelegung CD4011BE
Mit dem Logikbaustein CD4011BE stehen uns vier NAND-Gatter zur Verfügung. In der Schaltung werden drei Gatter
verwendet. Mit den Gattern 1und 2 (Pins 1 bis 6) wird der Taster S1 entprellt. Die Entprellung wird hier nach der
gleichen Methode wie bei dem Versuch „Zählen mit 74HC4520“ durchgeführt. Bei dem Taster S1 handelt es sich um einen
Wechsler. Die erste positive Flanke, die beim Betätigen des Tasters entsteht, verursacht das Umkippen des Flip-Flops, das
aus zwei NAND-Gattern gebildet wurde. Das Loslassen des Tasters macht den Vorgang rückgängig. Alle weiteren Flanken, die
bei Prellen entstehen, bleiben dann wirkungslos und können das Ergebnis nicht verfälschen.
Gatter Nr. 3 (Pins 8 bis 10) führt einen Reset durch. Seine Funktion ist identisch mit der
des Tasters S3.
Der Schaltplan
Schaltplan
Um die Schaltung zu einer Reaktion zu bewegen, werden Impulse am Eingang Clock (CD4018BE, Pin 14) benötigt.
Mit dem Schalter S2 wird entschieden, woher die Impulse stammen sollen. Die eine Möglichkeit besteht darin, die Impulse
manuell zu generieren. Sie werden dann per Hand mit dem Taster S1 erzeugt. Die Impulse werden nicht direkt zum Zähler geführt,
sondern zunächst entprellt. Diese Aufgabe übernimmt der Gatter-Baustein CD4011BE. Für die Entprellung werden zwei seiner
Gatter (NAND) verwendet. Die entprellten Impulse gehen anschließend auf die Clock-Eingänge der beiden Zähler IC1 und IC2.
Beim Start steht der Ausgang
Q5 des ersten Zählers IC1 auf HIGH. Er ist mit dem PIN 10 des zweiten Zählers IC2 (Preset/Enable) verbunden. Damit ist der
zweite Zähler zunächst blockiert. Nach den ersten fünf Impulsen wird er, da der Ausgang Q5 (IC1) auf LOW umschaltet, freigegeben.
Sein eigener Ausgang Q5 ist dagegen mit dem dritten
NAND-Gatter von CD4011BE verbunden. Sobald der Ausgang den Wert LOW annimmt, schaltet das Gatter durch und resetet beide
Zähler. Die Zählung beginnt wieder bei 0.
Mit der Umschaltung des Schalters S2 wird die Quelle der Taktimpulse gewechselt. Die Impulse kommen jetzt
kontinuierlich von dem PWM-Signalgenerator. Die Frequenz kann beliebig eingestellt werden.
An jedem Ausgang beider Zähler ist eine Leuchtdiode mit einem Vorwiderstand angeschlossen. Nur der fünfte Ausgang
des zweiten Zählers bleibt ohne Leuchtdiode. Seine Aufgabe ist, wie oben erwähnt, der Reset der beiden
Zähler. Mit dem Taster S3 kann ein manueller Reset durchgeführt werden. Die Leuchtdiode D10 leuchtet bei jeder
Betätigung des Tasters S1 auf.
